Седиментологическое моделирование карбонатных осадочных комплексов | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Седиментологическое моделирование карбонатных осадочных комплексов

Введение

За последние годы накопилось много информации о строении карбонатных отложений. Этому способствуют продолжающиеся работы по разведке и эксплуатации залежей нефти и газа в "старых" добывающих районах, освоение новых глубокозалегающих горизонтов, поиск и разведка различных типов неантиклинальных ловушек, возобновление работ в "малоперспективных" землях, использование новых, более эффективных методов и технологий обработки и интерпретации данных сейсморазведки. К числу факторов, благоприятствующих накоплению и обобщению геолого-геофизической информации, относится появление многочисленных систем компьютерных баз знаний.

Задачи определения новых направлений поисково-разведочных работ, лицензионная деятельность и связанная с ней предварительная оценка масштаба открытия или повышения точности подсчета запасов на месторождениях, разработка и внедрение сложных технологий обработки и интерпретации геолого-геофизических материалов привело к широкому использованию методов моделирования на всех стадиях геологоразведочных работ. Уже на ранних стадиях проведения геофизических исследований и поискового бурения требуется модель осадочного комплекса для выбора методики полевых сейсмических работ, установления целевых горизонтов, определения интервалов отбора керна и испытания первых поисковых скважин.

При разведке, подсчете запасов и эксплуатации месторождений нельзя обойтись без модели распределения параметров резервуара - этой физической, графической или математической объемной конструкции, устанавливающей зависимости между анализируемыми параметрами изучаемого объекта /4/.

На сегодняшний день существует два подхода и три направления в моделировании природных резервуаров У В. Подход к решению задачи моделирования определяется наличием или отсутствием информации о строении анализируемого объекта на уровне общих законов, закономерностей или зависимостей, характеризующих параметры объекта в математической или графической форме. Первый подход - это решение прямой задачи моделирования (от неизвестного строения объекта к известной модели), второй - решение обратной задачи (от установленных зависимостей или известной стандартной модели к неизвестному анализируемому объекту).

И в первом, и во втором случае возможны три направления.

1. Первое использует ретроспективный метод. В качестве априорной предлагается модель современного осадочного тела. Моделирование проводится по следующей схеме. В результате изучения керна, обработки и интерпретации материалов Г И С и сейсморазведки выбирается одна или несколько моделей современных объектов (рифов, баров и т.д.) и затем путем многократных операций сравнения параметров анализируемого объекта с априорной моделью или моделями вырабатывается окончательный вариант строения природного резервуара. Ретроспективный метод не всегда может быть использован при моделировании природных резервуаров, так как априорная седиментационная модель современного объекта всегда отличается от ископаемого аналога, который в течение геологического времени прошел различные стадии формирования и изменения внутренней структуры. Кроме того, некоторые осадочные тела не имеют современных аналогов, так как в современных осадочных телах часто еще не сформировалась окончательно их внутренняя структура. Использование ретроспективного метода требует высокой степени изученности анализируемого объекта бурением, поэтому моделирование ретроспективным методом чаще всего проводится на стадии разведки месторождения.

2. Второе направление использует метод аналогий. В этом случае в качестве априорной выбирается модель-аналог из числа хорошо изученных объектов. Обычно это уже разведанные месторождения. Работы методом аналогий требуют выполнения следующих условий: а) расстояние между моделируемым объектом и объектом-аналогом должно быть меньше расстояний, на которых происходит изменение свойств продуктивного пласта или комплекса; б) для получения адекватной модели анализируемый объект должен быть изучен бурением с той же детальностью, что и аналоговый. Поэтому наиболее точные модели резервуаров, те, что отражают изменение их параметров, могут быть созданы уже на поздних стадиях разведки и при подсчете запасов.

3. Третье, новое направление, разрабатываемое авторами /4; 78/ использует формулы или стандартные седиментационно-емкостные модели (С Е М), описывающие в количественном выражении законы формирования внутренней структуры осадочных тел различных иерархических уровней: пород - пластов - пачек - формаций, а также зависимости петрофизических свойств, формы и скорости образования объектов от их внутренней структуры. Это направление используется при решении обратных задач и дает хорошие результаты - особенно на поисковых стадиях, до того, как на подготовленных сейсморазведкой участках начато поисковое бурение. Весьма эффективно использование С Е М при разработке моделей строения осадочных комплексов в пределах крупных областей, регионов и осадочно-породных бассейнов, на стадиях раведки, доразведки, подсчета запасов и при эксплуатации месторождений У В в сложнопостроенных карбонатных резервуарах. Еще одно преимущество этого направления - постоянный контроль получаемой информации на различных стадиях обработки и интерпретации материалов: 1) при определении параметров пород петрографическими геохимическими и петрофизическими методами; 2) при изучении пластов литологическими, стратиграфическими, промыслово-геофизическими методами; 3) при исследовании природных резервуаров и продуктивных комплексов сейсмическими методами.

Существующие направления и подходы можно изобразить в виде следующей схемы:

 

Подходы Направления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Решение прямой задачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Метод аналогий

 

 

 

 

 

 

 

1.Сейсмостратиграфический

анализ /115; 64 и др./

 

2.Седиментологическое

моделирование

(западноевропейская и

американская школы)

 

3.Структурно-литологический

анализ /120/

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Решение обратной задачи

 

 

1.Сейсмомоделирование (западноевропейская, американская, отечественная школы)

2.Структурно-формационный анализ (С Ф А) /88/

3.Седиментационно-емкостное моделирование (С Е М) /4; 106; 145/

 

 

Различные варианты подходов и направлений используются при интерпретации результатов сейсморазведки по системам 2 D и 3 D. Во всех случаях моделирование опирается на результаты бурения скважин на исследуемых объектах или на сопредельных территориях и требует проведения литолого-генетических, стратиграфических, геохимических и петрофизических исследования керна скважин. Использование технологии С Е М, особенно при выявлении внутренней структуры карбонатных нефтегазоносных комплексов, существенно повышает точность структурных построений, помогает при глубинном картировании сложных систем малоамплитудных разрывных дислокаций и макротрещин, во много раз повышает точность прогноза фильтрационно-емкостных свойств пластов.

Разработка куба разномасштабных моделей позволяет эффективно интегрировать информацию, получаемую разными методами: геохимическими, петрографическими, петрофизическими и геофизическими, а также обеспечивает возможность свободного перехода от параметров нефтегазоносных комплексов к параметрам пласта и породы. Использование С Е М при интерпретации результатов сейсморазведки, полученных в системе 3 D, понижает стоимость работ путем упрощения процедур увязки параметров разреза скважины и сейсмических атрибутов, повышает эффективность использования 3 D на стадиях поисков месторождений нефти и газа.

Существенна роль седиментологического моделирования при проведении стратиграфических исследований в естественных обнажениях осадочных комплексов для геологической съемки. Технология позволяет восполнять информацию в тех случаях, когда выходы отложений на дневную поверхность, характеризуют только отдельные интервалы разреза, а также когда скважина вскрывает только верхнюю часть осадочного комплекса.

При проведении палеотектонических исследований использование седиментологического моделирования помогает устанавливать палеоглубины осадочных бассейнов, определять вертикальные и латеральные границы формационных тел, расчитывать градиенты скорости погружения, производить палинспастические реконструкции.

В последние годы в отечественной практике поисково-разведочных работ на нефть и газ уделяется очень мало внимания литологическому изучению пород. Особенно это ощущается в «старых» добывающих районах, характеристика осадочных продуктивных комплексов которых опубликована в многочисленных статьях и монографиях, имеется в научно-исследовательских, производственных отчетах и диссертациях. Даже при проведении работ по оценке запасов все большее внимание уделяется геофизическим исследованиям. Для интерпретации геофизических материалов используются описания пород, сделанные ранее в других скважинах, при датировке возраста отложений применяются методы и приемы корреляции пластов с известными аналогами, все чаще используются статистические зависимости, полученные на других объектах. Это привело к тому, что потребности в изучении пород продуктивных комплексов резко снизились, а следовательно, меньше уделяется внимания литологии и стратиграфии в научно-исследовательских и учебных институтах, что приводит, в свою очередь, к нехватке квалифицированных специалистов - литологов и стратиграфов в производственных организациях. Между тем, построение моделей внутреннего строения природных резервуаров или продуктивных пластов требует обязательного использования современных литологических знаний, заключающихся не только в умении правильно описать породу в керне, образцах, шлифах, но и в способности оценить масштабы неоднородности пластов в разрезе и на площади. Специалист-литолог должен знать правила корреляции пластов в соответствии с закономерностями седиментации и стратиграфическими последовательностями слоев, уметь определить формы зависимости петрофизических свойств и структуры пород, выявить влияние постседиментационных преобразований, охарактеризовать минеральный состав, первичные и вторичные структуры, определить новообразованные минералы, направления и размеры трещиноватости, роль процессов выщелачивания и карстообразования и т.д. Сегодня литолог должен свободно владеть существующими методиками интерпретации данных геофизических исследований скважин и материалов сейсморазведки, а также современной аналитической базой изучения осадочных пород. Только такой специалист может интегрировать различные методы геолого-геофизического изучения резервуара, не опасаясь чрезмерно увлечься одним из них. При этом обязательно надо иметь в виду, что каждый метод имеет свою разрешающую способность, а поэтому направлен на изучение объекта определенного ранга (минерал, порода, пласт или пачка, осадочный комплекс).

В различных западноевропейских добывающих нефтяных компаниях используются технологии комплексного изучения месторождения. В этом комплексе значительный объем занимают литологические и седиментологические исследования. Большое внимание уделяется моделированию микро- и макротрещиноватости. Широко практикуются параллельные работы со скважинами и на естественных обнажениях, где есть возможность визуально наблюдать изменчивость пласта, плотность, конфигурацию и размеры трещиноватости. Опыт проведения работ еще в СССР и сейчас в России показал большую эффективность совместного исследования материалов скважин и естественных обнажений. Такие работы дали положительные результаты при изучении карбонатных нефтегазоносных комплексов в Тимано-Печорском, Волго-Уральском и Амударьинском нефтегазоносных бассейнах.

Основы теоретической литологии заложены фундаментальными работами: /129; 107; 162; 132; 124; 114; 13; 128; 113; 142; 99; 71, 67; 116; 117; 69; 68/.

За последние 15 лет появился ряд публикаций - учебников и монографий отечественных ученых, в которых обобщен опыт литологических исследований, рассматриваются вопросы систематики, происхождения и методов изучения осадочных пород и осадочных комплексов. К ним относятся работы В.Т. Фролова /153; 155 и др./, С.В. Тихомирова /139; 140; 138/, А.А. Байкова и В.И. Седлецкого /8/, В.Н. Шванова, В.Т. Фролова и др. /119/, О.А. Япаскурта /166/*[1], К.И. Багринцевой /7/*, Н.К. Фортунатовой /2; 46; 144; 146; 149/*.Примечательные особенности работ последних лет - тенденция к стандартизации подходов и методов изучения пород, переход от качественных описательных методик к количественному анализу, к изучению процессов седиментации и литогенеза, к разработке технологий изучения осадочных комплексов.

В стратиграфических работах за последние годы наблюдается слияние литологических и стратиграфических подходов, появляется новое направление - событийная стратиграфия, большая роль при решении стратиграфических задач отводится изучению этапности осадконакопления, седиментационной цикличности, палеоэкологическим, биофациальным и фациальным исследованиям.

В области геофизических исследований происходит постоянное совершенствование технологических комплексов, ориентированное на получение качественной первичной информации и ее обработки, постоянно развиваются комплексы интерпретации, увеличиваются объемы, возрастает технологический уровень и расширяются задачи сейсморазведочных работ.

Все эти изменения служат предпосылкой широкого использования методов седиментологического объемного моделирования карбонатных нефтегазоносных отложений на всех стадиях геологоразведочного процесса.

Методика и технология седиментологического моделирования разрабатывалась и оформлялась в систему Н.К. Фортунатовой и А.Г. Швец-Тэнэта-Гурием в течение многих лет, начиная с 1968 г., когда В.Д. Ильиным (ВНИГНИ) и Д.Г. Ибрагимовым (Объединение «Узбекнефтегазгеология») были организованы работы по поиску залежей У В в нефтегазоносных рифовых комплексах Средней Азии. Авторам чрезвычайно повезло с базовым объектом исследования - верхнеюрскими отложениями Амударьинского бассейна. Организация работы предусматривала проведение синхронных исследований глубокопогруженных карбонатных комплексов и естественных выходов их на дневную поверхность (юго-западные отроги Гиссарского хребта). Карбонатные отложения в этом регионе не имеют себе равных по представительности генетических типов, непрерывности обнажений и полноте разрезов.

В становлении направления выделялись несколько этапов:

1. Развитие методологии генетического анализа карбонатных отложений И.Г. Михеевым, Н.К. Фортунатовой В.П. Фарбировичем, А.Г. Швец-Тэнэта-Гурием, В.Д. Ильиным (1968-1981 гг.).

2. Разработка теоретических основ и технологии моделирования карбонатных комплексов Н.К. Фортунатовой, А.Г. Швец-Тэнэта-Гурием (1981-1999).

3. Апробация и развитие технологии при изучении палеозойских комплексов России Н.К. Фортунатовой, А.Г. Швец-Тэнэта-Гурием, Р.К. Гумаровым, Г.В. Агафоновой, А.В. Барановой (1987-2000).

Большое значение в формировании методики генетического анализа карбонатных отложений имеют работы И.Г. Михеева, которым, совместно с авторами, произведены полевые описания типовых разрезов, сформулирован метод кодирования структурных компонентов пород, составлен первый литолого-фациальный профиль верхнеюрских отложений юго-западных отрогов Гиссара, выделены основные генетические группы отложений.

Проведение параллельных работ на территории Амударьинского бассейна и в горном обрамлении позволили собрать огромный материал, послуживший основой для разработки теории и методологии моделирования. Результаты теоретических исследований, проводившихся в период с 1968 по1985 гг., постоянно проверялись бурением глубоких скважин. Дальнейшие работы в этом направлении были связаны с изучением разнообразных карбонатных комплексов России и сопредельных стран.

Авторы выражают благодарность директору ВНИГНИ К.А. Клещеву, постоянная поддержка которого помогала развитию исследований. Коллегам Д.В. Митрофанову, М.Л. Королеву, Г.С. Королевой, Н.В. Кругловой, В.Н. Румакину, Л.Б. Миронову, Кузнецовой М.В., оказавшим помощь в подготовке рисунков и текста.

Авторы также признательны В.Г. Кузнецову, И.Е. Постниковой, В.В. Меннеру, которые в течение многих лет помогали советами и ценными замечаниями, И.А. Мушину, Е.А. Полякову, В.Б. Левянту, Б.М. Гейману, А.Б. Кривицкому, В.С. Славкину, Е.А. Копилевичу, с которыми авторы проводили совместные исследования.

Разработка и апробация технологии не могли бы состояться без работы геологов и геофизиков производственных организаций Узбекистана, Туркменистана, Республик Коми, Чувашии и Архангельской области, которым авторы очень признательны.

 


 

[1] Здесь и далее значком "*" помечены работы, посвященные закономерностям строения и происхождения карбонатных отложений.

Оглавление

Указатель рисунков..................................................................................... .........

Указатель таблиц.................................................................................................

Предисловие.......................................................................................................

Введение. Фортунатова Н.К.................................................................................

Глава 1. Теоретические основы моделирования карбонатных и карбонатосодержащих осадочных тел. Фортунатова Н.К, Михеев И.Г., Фарбирович В.П., Швец-Тэнэта-Гурий А.Г.......................................................

1. Особенности карбонатной седиментации.................................................

2. Система генетической организации структуры карбонатных тел.................

Глава 2. Методика литологических исследований карбонатных

объектов. Фортунатова Н.К.......................................................................

3. Методика проведения полевых исследований...........................................

Геоморфологические признаки карбонатных тел - . Типичные ошибки, возникающие при изучении формы ископаемых органогенных построек - . Полевое изучение карбонатных пород органогенных построек - . Полевое изучение карбонатных пород рифовых шлейфов - . Полевое литологическое изучение различных типов «нерифовых» карбонатных отложений - . Полевое описание и правила хранения керна скважин - .

4. Микроскопическое изучение карбонатных пород, методика кодирования содержания различных структурных компонентов и определение номера литотипа............................................................................................

Состав карбонатных пород - . Структурные и текстурные признаки карбонатных пород - . Графический метод кодирования структурных компонентов карбонатных пород и методика диагностики литогенетических типов отложений - . Экспертная система диагностики литогенетических типов карбонатных пород «Stepclass-Reef » - .

5. Генетический анализ карбонатных отложений (классификация, методы, генетические типы)...............................................................................

Глава 3. Методика, цели и задачи стратиграфических исследований. Фортунатова Н.К., Агафонова Г.В..................................................................

6. Биостратиграфические и седиментологические методы, используемые при моделировании строения карбонатных отложений....................................

7. Анализ седиментационной цикличности карбонатных отложений..........................................................................................

8. Фациальный анализ и его использование при корреляции карбонатных отложений.........................................................................................

Глава 4. Методика интерпретации строения карбонатных отложений

по данным геофизического исследования скважин. Фортунатова Н.К., Швец-Тэнэта-Гурий А.Г.......................................................................................

9. Формы зависимостей структурных и петрофизических характеристик карбонатных и карбонатосодержащих пород, положенные в основу интерпретации даных ГИС..................................................................

10. Методика определения коэффициента глинистости и выделения седиментационных циклитов III порядка................................................

11. Методика диагностики литогенетических типов, определения их емкостных свойств и выделения седиментационных циклитов II порядка...................

Глава 5. Стандартные седиментационно-емкостные модели и их использование при моделировании структуры карбонатных тел различных иерархических

уровней. Фортунатова Н.К.................................................................................

Глава 6. Технология трехмерного моделирования внутренней структуры карбонатных природных резервуаров. Фортунатова Н.К., Швец-Тэнэта-Гурий А.Г., Агафонова Г.В., Баранова А.В. ......................................................

Глава 7. Методика геофизических исследований при седиментологическом моделировании. Гумаров Р.К. ..................................................................

12. Стратиграфическая привязка опорных отражающих горизонтов...............

13. Построение изохронных поверхностей и структурных карт........................

Глава 8. Методика картирования структуры карбонатных резервуаров

и продуктивных пластов на локальных объектах. Фортунатова Н.К.,

Швец-Тэнэта-Гурий А.Г. .....................................................................................

Глава 9. Методика экспресс-оценки возможных запасов в выявленных ловушках нефти. Фортунатова Н.К., Ильин В.Д...........................................

14. Способ экспресс-оценки запасов залежей углеводородов...........................

15. Экспресс-оценка прогнозируемых геологических запасов в верхнедевонско- турнейском карбонатном комплексе Чувашской республики..........................

Список принятых сокращений...............................................................................

Список сокращений, употребляемых при описании разрезов естественных обнажений (см. рис. 14-21).....................................................................................................

Список основных библиографических источников

О статье: 

Скачать полный текст в формате ПДФ - 3,7 Мб.

Иллюстрации и таблицы - в архивированном виде отдельными файлами:

Скачать таблицы (zip, 1 Мб)

Скачать рисунки 1 - 30 (zip, 8.1 Мб)

Скачать рисунки 31 - 65 (zip, 8.6 Мб)

Скачать рисунки 65 - 104 (zip, 5.9 Мб)